小型锻压机的传动系统毕业设计

1、摘 要-I-本本科科毕毕业业设设计计小型锻压机的传动系统设计摘 要锻造是人类所知的最古老的金属加工工艺之一，早在公元前 2000 年，锻造即被用于生产武器、工具和珠宝，这一工艺是手工使用简单的锤子完成的。随着科技的进步，机械压力机的出现，大大减少了劳动力。机械压力机是通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动，对坯料进行成形加工的锻压机械。机械压力机一般由工作机构、传动系统、操纵部分、能源系统和支撑部件组成。除上述基本部分外，还有多种辅助系统与附属装置，如润滑系统，过载保护装置以及气垫等。机械压力机传动系统尤为重要，包括齿轮传动和皮带传动等机构，将电机能量传输至工作机构，在传输

2、过程中，转速逐渐降低，转矩逐渐增加。 关键词关键词：机械压力机，曲柄，锻造，开式模锻造。ABSTRACT-II-ABSTRACTForging is one of the oldest metalworking processes known to man. As early as 2000 B.C., forging was used to produce weapons, implements, and jewelry. The process was performed by hand using simple hammers. With the progress of science

3、and technology, mechanical press, greatly reduces the labor force. Mechanical press is through the crank slider mechanism to the rotary motion of the motor into reciprocating motion of the slider, the blank forming processing forging machinery. Mechanical press usually consists of a working mechanis

4、m, driving system, control, and energy systems and supporting component. In addition to the base portion, and a variety of auxiliary system and accessory device, such as a lubrication system, overload protection device and air cushion.The driving system of mechanical press is particularly important,

5、 including gear and a belt drive mechanism, the motor energy transmitted to the body of work, in the transmission process, gradually reduce the speed, torque increases gradually.Key words: Mechanical press, crank, forging, open-die forging.目 录-III -目录1 引 言.11.1 课题的目的意义.11.2 锻压设备发展史及近几年来国内外发展状况.11.3

6、设计方案的可行性分析和预期目标.21.4 设计方案的技术参数 .42 锻压机传动系统的设计 .42.1 电动机功率的设计计算 .42.2 飞轮转动惯量设计.52.3 带传动的设计.52.3.1 带轮的计算.62.3.2 带轮的材料选用.72.3.3 带轮结构设计.72.3.4 连接件的选用.82.4 齿轮传动设计计算.92.4.1 齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .92.4.2 齿轮传动设计.92.4.3 几何尺寸计算.112.5 离合器及制动器的选用 .112.5.1 离合器的选用.122.5.2 制动器的选用.152.6 输出轴的设计.172.6.1 曲轴的主要尺寸的确定 .172.6.2

7、 曲轴的强度校核.182.6.3 曲轴刚度计算.202.6.4 曲轴处轴承的选用.222.7 输入轴的设计.232.7.1 输入轴的初步设计.232.7.2 输入轴的结构设计.242.7.3 输入轴的强度校核.252.7.4 输入轴的刚度校核.28目 录-IV -2.7.5 轴上轴承的选用.282.7.6 轴上连接件的选择.293 控制系统选择.324 其他附件选用.344.1 顶料装置.344.2 模具装夹.354.3 过载保护装置.354.4 滑块与导轨.365 总结. 37参考文献 .39致 谢.40泰山学院本科毕业设计-1 -1 引 言1.1 课题的目的意义锻压设备一般采用机械传动，此

8、次课题是对锻压机的传动系统进行设计。锻压机一般是通过传动系统把电动机的运动和能量传给工作机构，从而使坯料获得预期的变形，制成所需的工件。通过此次课程设计， 要对锻压机床有初步的认识和了解，对机械行业的认知更进一步 。并且通过完成本设计课题，可以利用所学的知识，独立完成一般机械的设计过程，为毕业后从事机械设计、机械制造工作打下一个良好的基础。1.2 锻压设备发展史及近几年来国内外发展 状况锻压生产的历史课追溯到 2000 多年以前，然而直到第一次工业革命，手工锻造才被机器锻造所取代。伴随着蒸汽机的发明和蒸汽作为动力的应用，19 世纪出现了空气锤。1842 年，英国工程师内史密斯创制第一台蒸汽锤，

9、开始了蒸汽动力锻压机械的时代。1795 年,英国的约翰布拉默（Joseph Bramah）发明了世界上第一台水压机。到 1870 年，应用液压传动技术的液压机、挤压机、剪切机和铆接机的锻压设备已得到了普遍应用， 但直到 19 世纪中叶，由于大锻件的需要才应用于锻造。 电气技术的发展和电机驱动的应用，进一步促进了液压机的发展。特别是 20 世纪 50 年代以后，随着计算机技术、控制技术、液压技术、加工制造技术和材料科学的发展锻压设备得到了快速发展，设备能力进一步提高。我国锻压设备的生产制造在 1949 年以前几乎是空白，新中国成立以后，通过引进技术、仿制和自行研制等方式，使锻压设备制造业从无到有

10、，从小到大，建立了较完整的锻压设备设计、研制和生产体系。20 世纪 60 年代初，以万吨水压机为代表的各种锻压设备的研制成功，标志着我国装备制造业有了自己的脊梁，为我国工业、农业、国防等行业的发展提供了强有力的支持。进入 20 世纪 80 年代以后，我国实行改革开放政策，锻压机械行业大力推行技术进步和科技创新，采取自主开发，引进国际先进技术和进行合作生产等多种方式，大大提高了设计泰山学院本科毕业设计-2 -开发能力和制造水平。目前我国研制的锻压设备，不仅能够保证良好的性能、质量和可靠性，在锻压设备的成套、生产线和数控化、自动化等方面也有了长足的发展，能开发、设计、制造大型精密高效的成套设备，自

11、动生产线，柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）等。自改革开放以来，我国锻压设备的快速发展主要体现在以下方面：（1）随着微电子技术、自动控制技术的发展和广泛应用，我国锻压设备自动化水平和数控技术有了大幅度提高，开发出了不同规格的数控锻压设备。（2）随着计算机设计技术的发展，锻压设备设计方法和设计手段也发生了根本的变化。（3）一大批科技攻关项目和科研成果得到了推广及应用，推动了锻压设备设计研究领域的技术进步和科研创新，开发了一批具有产权的锻压设备新产品。（4）产品种类不断完善。 （5）设备制造能力不断提高。但是，与世界上工业发达的国家相比，我国锻压设备的技术和水平还有一定的差距。如品种和

12、规格不全，特别是大、高、精、尖的锻压设备有些还依赖进口；主机可靠性和自动化程度还有待于进一步提高，在国际市场上还缺乏竞争力等。为了适应科学技术的发展和锻压生产的需要，满足国内装备制造业的需求，扩大出口创汇等，应该加快我国锻压设备制造业的发展，改造锻压设备不合理。现在我国锻压设备的研究和发展方向主要以一下几点：（1）提高锻压设备制造能力，发展专用设备。（2）提高设备价格精度，发展精密成形设备。（3）提高锻压设备数控程度和柔性化。（4）完善设计手段，提高设计水平。（5）推广新材料技术和信息技术。（6）发展绿色设计与制造。1.3 设计方案的可行性分析和预期目标本课题研究的内容为锻压机的传动系统设计，

13、其工作原理为：由电动机通过泰山学院本科毕业设计-3 -三角皮带驱动大带轮（通常兼作飞轮），然后通过齿轮传动，带动曲轴旋转，通过连杆带动滑块机构上下往复移动。锻压工作完成后滑块回程上行，离合器脱开，同时制动器接通，使滑块停止在上止点附近。 此次设计细化为开式锻压的传动设计，包括带传动和齿轮传动，分析滑块行程，行程次数等问题采用一级带传动，一级齿轮传动，离合器与制动器的安装位置在输出曲柄轴上，且为联动装置。这样就较容易实现电机的转动转为滑块的上下移动，保证制动时电机的动能传递不到曲柄轴上。锻压机的传动系统的作用是将电动机的运动和能量传递给曲柄滑块机构，在传递过程中，对电动机的转速按照一定的传动比进

14、行减速，以满足行程次数对其的要求。在设计参数选定后，还需要考虑了 3 个问题，即布置方式、传动级数与速比分配、离合器、制动器安装位置。1.4设计方案的技术参数根据 GB/T14347-1993，选用参数如下：标称压力 Pg=250KN，公称力行程 5mm,滑块行程 S=70mm,行程次数 n80 r/min。泰山学院本科毕业设计-4-2 锻压机传动系统的设计2.1电动机功率的设计计算设计锻压机功率按一次行程计算电动机的功率： （公式一）WnCtWNnm/为一个工作循环所需要的总能量，为压力机行程利用系数，取 0.5。WnC计算：一个工作循环所需要的总能量：W （公式二）7654321WWWWW

15、WWW工件变形功：1W JPPPPWggg2492 . 0315. 0315. 001拉伸垫工作功：2W JSPWg1 .48636/8025036/2工作行程时曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量：3W JaPmWggq608180/302503 . 95 . 05 . 03工作行程弹性变形消耗能量：4W JCPhPWngg125.78/2502/12/14 为垂直刚度，查表选取 400（kNmm-1）nC锻压机空程向上、向下时所消耗的能量：5W根据标准公称力，查表选取 JW2505单次行程，滑块停顿，飞轮空转所消耗的能量：6W查表选用为 0.34kW， 6NJttNW438)(166单次行程，离

16、合器接合消耗能量：7W已知刚性离合器不消耗能量，所以=07W泰山学院本科毕业设计-5- 所以 wNm1385电动机所需功率：mkNN 电动机的功率系数，一般取 1.21.6。所以电动机所需功率范围在k16622216 之间，由此选用 Y1000L1-4 电动机，功率 N=2.2kw, n=1420r/min。2.2飞轮转动惯量设计进行锻压工艺时，压力机除了满足工件变形力的需要，还需满足能量条件，飞轮的转动惯量是考虑因素之一。满足工件变形功所需的飞轮转动惯量计算公式为 （公式三） 为所需飞轮的转动惯量（）；I2mkg 为飞轮角速度，近似计算公式为为电机的额定转速（r/s）；en为工作行程中压力机

17、效率，查表，单机传动的快速压力机为 35%；1为飞轮不均匀系数，可查表依据电动机的额定滑差率选用 0.20。将数据带入飞轮转动惯量计算公式得2.3带传动的设计在此次设计锻压机的传动系统中，采用一级传动。传动级数与电动机转速和滑块行程次数有关。行程次数低，总传动速比就大，传动级数就应多些，否则每级的速比太大，结构就不紧凑；反之，行程次数高，总传动速比就小，传动级数1221WWIsradine/87.416055. 314202222122199. 5%352 . 087.411 .486249mkgWWI125.21090438250125.786081 .4862497654321WWWWWW

18、WW泰山学院本科毕业设计-6-就可以少些。总传动比，根据速比分配原则，带传动传动比75.1780/1420i，齿轮传动的传动比为。初步符合三角传动带的传动比不超过55. 31i52i68，此轮传动比不超过 79。2.3.1带轮的计算具体计算方法如下：(1)计算功率： 电机功率为 2.2kW，锻压机载荷变动较大，由参考资料，查表得工况系数则2 . 1AK （公式四）kWpKPAd64. 22 . 22 . 1(2)选择带型： 根据，查表图，选普通 A 型 V 带.dP1n1)确定小带轮直径：查表，选取小带轮直径mmd8012）大带轮直径。忽略弹性滑动，则大带轮直径 ，mmdid2848055.

19、312 查表，选取标准值 mmd28023）演算传动比相对误差。计算实际传动比,理论传5 . 380/280/12ddi动比为，则 ，即传动比误差在 5%以内，因55. 30i此合格。 （4）选择带长，确定中心距 1）初定中心距：因，初取2102127 . 0ddaddmma30002）初步计算带长：查表选用标准带长mmLd12503）实际中心距： mmLLaadd3262/ )11981250(3002/ )(004）确定中心距调整范围 mmmmLaad5 .337125003. 030003. 0max%43. 155. 35 . 355. 300iiimmaddddaLddd119830

20、04/)80280(2/ )28080(30024/2/ )(2202122100泰山学院本科毕业设计-7-mmmmLaad25.2811250015. 0300015. 0min5）验算带速 vsmsmdnv/945. 5/600001在 525m/s 范围内，故合格。（6）验算小带轮上的包角：ooooadd1208.144/3.57)(180211（7）确定 V 带根数查表得包角修正系数，查表得带长修正系数,由小带轮直91. 0K93. 0LK径及小带轮转速查表得单根 A 型 V 带基本额定功率计算单根 V 带的额定功率1d1n,查表得基本额定功率增量。9 . 0

21、0P17. 00P kwKKPPPLr91. 093. 091. 0)17. 09 . 0()(00计算 V 带的根数： .3,90. 291. 0/64. 2/根取rdPPz(8)计算单根 V 带的初拉力 查表，A 型带单位长度的质量 q=0.10kg/m，0F则 NqvvzKPFd5 .140) 1/5 . 2(50020（9）计算压轴力：NzFFQ8002/8 .144sin5 .140322/sin2102.3.2带轮的材料选用带速的传动带，其带轮常用铸铁 HT150 制造，重要的也可以用smmv/30HT200；高速时使用钢制带轮，速度可达；小功率带传动的带轮可以用铸铝或塑料。要依据

22、现实情况而定。此次设计选用 HT200。2.3.3带轮结构设计（1）小带轮结构小带轮直接安装在电动机轴上，首先确定电动机的尺寸。查表，电动机的轴颈为 D=28mm，外伸端长度 E=60，则带轮轮毂孔直径也为 28mm，为了带轮轴向定泰山学院本科毕业设计-8-位的可靠，带轮轮毂宽度大于电机轴的外伸长度，取为 62mm。带轮结构的确定：带轮的基准直径为，查图，选用实心轮。查表，mmd80A 型 V 带轮，基准宽度，槽间距基本值，11db75. 2minah7 . 8minfh15e偏差，。3 . 09minf（2）大带轮的结构大带轮装在输出轴上，轮毂孔径根据轴的强度及结构设计而定（由轴的校核定出）

23、初选轴颈 40mm，查表，依据带轮直径 280mm 和轮毂直径，确定带轮腹板厚度为 16mm 的六孔辐板式。轮槽尺寸查表得，选用的键的尺寸为 12mm 8mm，则键槽宽度为 12mm，键槽深度。mmt3 . 312.3.4连接件的选用(1)键的选用根据电动机的轴颈，查表选用键宽 b 键高 h 为 8 7，根据工作情况选择单圆头平键。根据轮毂的长度，参考键的长度系列，选用 L=56mm，即键 C8 56 GB/T 1096-2003，材料为碳素钢中的 45 钢。大带轮与轴的连接处选用键宽 b 键高 h 为 12 8，根据工作情况，选用单圆头平键，根据轮毂长度，参考键的长度系列，选用 L=56mm

24、，即键 C8 56 GB/T 1096-2003(2)键的强度校核假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为 （公式 ppkldT3102五） 为传递的转矩，NmT 小带轮处的转矩 mmNnPT7 .147951420102 . 25 .95105 .9555 大带轮处的转矩mmNnPT504244001096. 02 . 25 .95105 .9555齿带 为键与轮毂的接触高度，,此处 h 为键的高度，mm；khk5 . 0泰山学院本科毕业设计-9- 为键的工作长度，mm；l 许用挤压应力。p带入数值计算得小带轮处的键的核算MpadklTp4 . 55 . 3562814795

25、21023大带轮处的键的核算padklTp50.10604405042421023查表，对于轮毂材料是铸铁，承受冲击载荷的静连接，许用挤压应力为3045MPa。两处均符合要求。2.4齿轮传动设计计算此次锻压机设计，为一级带传动和一级齿轮传动，依据传动比设计分配，齿轮传动的传动比，主轴转速为（由带传动设计计5imin/40055. 314201rn算而得），从动轴转速为。输入功min/802rn ，其中为电动机的输出功率，为普通 V 带kw112. 296. 02 . 2带dppdp带传动的效率，查表得出。且此次齿轮传动为开式齿轮传动，润滑需要人工定期润滑。2.4.1齿轮类型、精度等级、材料及齿

26、数（1）根据此次设计的数据以及初定传动方案，选用直齿圆柱齿轮。（2）齿轮精度的选择查表可得，锻压机床的精度等级为 69 级，此次设计的锻压机要求有一定的精度，为满足要求，选用 7 级精度（GB 10098-88）(3)材料选择：参考压力机常用齿轮的选择材料，查表选用。小齿轮材料选用 40Cr 调质，硬度为 280HBS，许用弯曲应力，大齿轮材料选PaF5105000用 45 钢调质，硬度为 140HBS，许用弯曲应力。PaF5103000（4）齿数选择：此次设计的锻压机床的齿轮传动系统为开式传动，齿轮的主要失效形式是磨损失效，应有较大的模数，根据经验，小齿轮的齿数选择一般为 1720，此次设计

27、，选用小齿轮齿数，则大齿轮齿数为181z90185122ziz泰山学院本科毕业设计-10-2.4.2齿轮传动设计由于是开式齿轮传动，按保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则进行设计(1)确定公式内的各计算数值1） 计算载荷系数 KKKKKKVA查表得，使用系数，动载荷系数，齿间载荷分配系数75. 1AK3 . 1VK，齿向载荷分布系1K2 . 1FKK由此计算得，。73. 2K2) 计算小齿轮的传递的转矩3）由表选取齿宽系数。1d4） 查图，得到小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲MPaFE5001疲劳强度极限。MPaFE3802查图，取小齿轮的弯曲疲劳寿命系数，大齿轮的弯曲疲劳寿85. 01FN

28、K命系数88. 02FNK计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由公式得MPaSKFEFNF57.3034 . 150085. 0111MPaSKFEFNF86.2384 . 138088. 02225）查取齿形系数查表得 ，91. 21FaY22. 22FaY 32112FSaFadYYzKTmmmNmmNnPT45151100424. 5400112. 2105 .95105 .95泰山学院本科毕业设计-11-6）查取应力校正系数查表得，58. 11SaY77. 12SaY7）计算大、小齿轮的 并加以比较大齿轮的数值较大，按大齿轮设计计算。（2）设计计算mmmmm408.

29、201645. 0181100421. 573. 22324取标准模数，查表得选用模数。mmm5（3）校核弯曲强度校核公式 带入（1）步骤中的数值，进行计算，均小于，合格。F2.4.3几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （公式mmmmmzd9051811六）mmmmmzd45059022（2）计算中心距mmdda270245090221（3）齿宽 取小齿轮为 80mm，大齿轮为 75mm。mmdbd727211 FSaFaYY01457. 057.30352. 192. 2111FSaFaYY01645. 086.23877. 122. 2222FSaFaYY FdSaFaFzmYYKT2312

30、泰山学院本科毕业设计-12-2.5离合器及制动器的选用在机械压力机的传动系统中，设置了离合器和制动器，用来控制压力机工作机构的运动和停止。离合器和制动器是机械压力机的重要部件之一。这个部件的性能的好坏直接影响整个机械压力机的使用性能，操作安全，工作可靠性，设备利用率和设备维修量。常用的离合器可分为刚性离合器和摩擦离合器两大类；常用的制动器有带式制动器和圆盘式制动器。机械压力机的操作分为连续工作、单次行程工作和微动工作，这些动作是通过控制离合器和制动器来实现的。机械压力机上的离合器与制动器之间设有联锁装置,以保证制动器制动前离合器一定脱开，离合器接合前制动器一定松开，完成压力机的各个运动过程。2

31、.5.1离合器的选用在锻压机械中常用的离合器有刚性离合器和摩擦离合器，此次设计，初选刚性离合器。刚性离合器是靠接合零件把主动部分和从动部分刚性连接起来。刚性离合器壳分为转键式、滑销式、滚珠式和牙嵌式。查阅锻压手册资料初选转键式离合器。下图为双转键式离合器的结构图。带轮与曲轴不直接装在一起，带轮可以自由转动，实现离合的作用。泰山学院本科毕业设计-13-图 1 双转键离合器（1）离合器的设计：由于机器起动时的动载荷和运转中可能出现过载现象，所以应当按轴上的最大转矩作为计算转矩，计算转矩公式：caT （公式七）TKTAca式中为工作情况系数，查表取，为工程转矩， 式中为电机AK7 . 1AKT0P功

32、率，分别是带传动、齿轮传动、离合器传动、滚动轴承的传滚离齿带、动效率，分别取，0.96、0.95、0.97、0.97，带入公式计算转矩。mNTKTAca095.38335.2257 . 1查表得转键式离合器的接合速度应小于 200r/min，转矩范围1003700Nm。由于转键式离合器在锻压机中比较常用，在其他场合应用较少，附上其基本构造图，方便了解。如下图所示。mNmNnPnPT35.2258097. 095. 097. 096. 02 . 29550955095500滚离齿带泰山学院本科毕业设计-14-图 2 双转键离合器的构造关系（2）转键离合器各项目的计算：由曲轴直径公式,曲轴初直径为

33、 74mm，所以取转键离Rdd2)2 . 112. 1 (01合器的 H=74/2=37mm。1）转键的有效长度，初选 110mm。mmdl74)65. 14 . 1 ()65. 14 . 1 (12）转键直径，初选 34mm。 为转mmdrd74)5 . 044. 0()5 . 044. 0(21r222)2cos(2rHrHRc泰山学院本科毕业设计-15-键工作半径。3）转键计算半径， 式中为转键工作面的中心角，一般小于，通常取，取。带入计算，转键计算半径 37mm。60453024）挤压面积mmrlA3455245sin1101722sin215）作用在转键上的圆周力NRTFCCt8 .

34、103537095.3832.5.2制动器的选用通用压力机使用的制动器有多种，此次设计采用带式制动器，与转键式离合器配合使用，以保证制动器制动前离合器一定脱开，离合器接合前制动器一定松开。（1）计算制动转矩 且 = （公式八）STTt1TTt1T为垂直载荷对载荷轴的转矩，S 是保证重物可靠悬吊的制动安全系数，查表1T得 S=2.0，在备注中查的 JC=40%，由离合器选用时算得垂直载荷对载荷轴的转矩，带入上式计算得，计算转矩为 450.70Nm。（2）初选制动器类型材料选用 45 碳钢，轮缘表面淬火 3545HRC，深度为 23mm。所用键槽型式应符合 GB/T 3852 的规定。选择型号为制

35、动轮 160-Z35 。 （3）圆周力计算查表对于摩擦材料为碳钢的带式制动器许用压强，MPapP5 . 1，摩擦因数，许用温度为 260。smMPapvP/5 . 2)(2 . 017. 0由公式217 .56331607 .45022FFNDTF绕入段张紧力11eFeF泰山学院本科毕业设计-16-绕出段张紧力12eFF式中为制动轮包角，通常取为 250270。(4)对于制动带的计算1）带和轮间的压强及带宽 b带和轮之间的实际压强公式，带宽)(2MPaDbSp D 为制动轮轮径，160mm；S 为带的变动张力，其值由带的最小张力变到最大张力，其相应的2F1F有最小压强和最大压强，按计算公式，选

36、取带宽，计算出的带宽应比轮minpmaxp宽 B 小 510mm。又带轮的轮宽 B 为 70mm，参选制动带推荐用尺寸表，选用带宽为 60mm，带厚 t=4mm。2）覆面单位面积上的摩擦功率验算pv Ppvpv)(值取上一步骤中最小压强和最大压强的平均值。pminpmaxp为制动轮圆周速度，vsmDnv/69. 060/80160. 060/1是制动轮转速，为 80r/min。1n3）制动钢带厚度 t M 为沿带宽每排最多的铆钉数，d 为连接钢带与连接件（摩擦材料）用的铆钉直径，mm，一般取410mm。为钢带的许用拉应力，MPa。钢带材料常用 Q235A、Q275 和 45 钢，具p有覆面材料

37、时。MPap10080（5）校核制动轮一次制动的温升是否超过许用值 50151000mcTttpDpFb12ptmdbFt)( 泰山学院本科毕业设计-17-式中：为制动过程的转角；为制动轮的质量，在选取制动轮的时候，查得，5kg；m为载荷转矩，Nm；tT为制动轮材料的比热容，对刚和铸铁取，对于硅铝合p)/(523. 0kgkjc金取。)/(879. 0kgkjc带入公式计算CmcTtt015523. 0321000675. 17 .4501000验算合格。2.6输出轴的设计轴是机械机床中的重要组成部分，作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用。轴的主要支撑是滑

38、动轴承和滚动轴承。常见的轴有直轴和曲轴。分析此次设计，由于滑块作往复直线运动，所以选用曲柄，且此次设计采用的是单边传动的曲轴式压力机。2.6.1曲轴的主要尺寸的确定在设计曲轴时，先根据经验公式决定曲轴的有关尺寸，然后根据理论公式进行精确核验。泰山学院本科毕业设计-18-图 3 曲轴结构图如上图标注，先设计支撑颈直径，根据公式： （4.55）（mm） 为标称压力（kN） （公式九）0dgPgP根据经验数据，进行设计：(4.55) =71.179.1。取0d250mmd740曲柄颈直径，=（1.11.4）。取=96mmAdAd0dAd支撑颈直径，=（1.52.2）。取=145mm0l0l0d0l曲

39、柄两臂外侧面的长度，=（2.53.0）。取=210mmqlql0dql曲柄颈长度，=（1.31.7）。取=120mmalal0dal圆角半径 ， =（0.080.10）。取 =6mmrr0dr曲柄臂大的宽度，=（1.31.8）。取=112mmaa0da2.6.2曲轴的强度校核曲轴的强度计算，有集中载荷简支梁法，弹性基础梁法，均布载荷的简支梁法和纯弯梁法等。此次设计采用纯弯梁法，因曲轴受力后产生弯矩变形，曲柄中部的变形大于泰山学院本科毕业设计-19-两边的变形（如下图（a）、（c）所示） (a)(b)(c)(d)图 4 曲轴变形分布情况（a）图是曲轴变形情况；（b）图是曲轴开始变形前瞬间载荷情况

40、；（c）图是曲轴变形曲线；（d）曲轴变形后载荷情况。从上图分析，连杆给予曲柄颈的作用力就成为非均布载荷，两端大，中间小，所以可以简化为两个集中力作用在曲柄的两端，考虑到轴瓦的磨损，用下图（曲轴计算简图）计算。泰山学院本科毕业设计-20-CCBBPg/2Pg/2图 5 曲轴计算简图危险截面 C-C 的弯矩为：WM （公式mNmNPrllMgaqW862546812021048十）C-C 截面的最大应力为： MPadPrllWMAgaqW49.9710961 . 0250)68120210(411 . 0)8(41933在曲柄颈上，除受弯矩作用外，还受到扭矩的作用，应按弯扭联合作用计算。但由于弯矩

41、的比扭矩大的多，故忽略扭矩计算的应力与考虑扭矩所得的应力差不多。在 B-B 截面上也受到弯扭联合作用，但此处和 C-C 截面相反，扭矩比弯矩大的多，所以忽略弯矩的影响。B-B 截面扭矩为： gggmPM为公称当量力臂，gm01212sin21sindddRmBAg泰山学院本科毕业设计-21-（注，R 为曲柄半径，为曲柄转角，为连杆系数，为摩擦系数，为Bd连杆小头球头或销子直径，其它数据均如图标注）的最大剪应力为：MPadmPWMggPg37.934 . 72 . 027.302502 . 0330表 1 各曲柄轴常用材料需用应力材料（）saP510（）aP510（）aP51045 调质3600

42、10001400750100040Cr 调质5000140020001000150037SiMn2MoV 调质6500180026001400200018CrMnMoB 调质75002100300016002300由上表，和计算结果查得，选用 45 调质处理。2.6.3曲轴刚度计算如下图所示为曲轴刚度计算简图。利用摩尔定理即可计算出曲柄颈中点的挠度：dAPg/2Pg/22r2rcahbD-DDDM(x)=x/2M(x)=xP/2P=1图 6 曲轴刚度计算简图公式为223333332422242431)2()2(312brlbrJbrbrbrJrbrJEPag泰山学院本科毕业设计-22-式中 为

43、标称压力 250kN；gP 为弹性模量，对刚曲轴；E)/(101 . 2211mNE 为曲柄颈长度，取 120mm；al 为曲柄臂厚度，取 45mm；b 为曲圆角半径，取 6mm；r 为支撑颈、曲柄颈的直径，取 74mm、96mm；Add 、0 为曲柄臂的高度，取 167mm；h 为曲柄臂宽度，取 112mm；a 为曲柄臂形心至曲柄颈形心的距离，取 29.5mm；c 为支撑颈、曲柄臂、曲柄颈的惯性矩，计算如下321JJJ、 ；4612440110471. 164107464mdJ；462323210402. 05 .291671121216711212mahcahJ。461244310167.

44、 464109664mdJA将数值带入公式中挠度得：07489. 0422242431)2()2(312223333332brlbrJbrbrbrJrbrJEPag2.6.4曲轴处轴承的选用根据轴承中摩擦的性质不同，可以把轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两大类。滚动轴承由于摩擦系数小，启 动阻力小，在一般机器中应用较广 。在锻压设备中，由于存在特大冲击与振动 ，此次设计选用径向滑动摩擦轴承。已知，轴承所受径向载荷 F=250kN，轴颈转速 80r/min，轴颈 d=74mm,进行对轴承的验算。泰山学院本科毕业设计-23-（1）验算轴承的平均压力p MPaMPadBFp9 .211457425

45、0000（2）验算轴承的（单位为）值pvsmMPa/轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗成正比（是摩擦系数），限fpvf制值就是限制轴承的温升。pv smMPaBFndnBdFpv/45.1719100100060（3）验算滑动速度v smsmdnv/098. 3/60000/807460000/1查表选用铅青铜，ZCuPb30（30 铅青铜），MPap25smv/12。采用此轴承合格。smMPapv/30对于和的验算合格的轴承，由于滑动速度过高，也会加速磨损而使轴承pvp报废，这是因为只是平均压力，实际上，在轴发生弯曲或不同心等引起的一系p列误差及振动的影响下，轴承边缘可能产生相当高的压力，

46、因而局部区域的值pv还会超过许用值。滑动轴承润滑剂的选用。使用润滑脂可以形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。由于润滑脂属于半固定润滑剂，流动性极差，故无冷却效果。查表此次设计选用 2 号钠基脂。2.7输入轴的设计此次设计的锻压机中输入轴为直轴，主要作用将电机 的功率由大带轮传递给下级齿轮，由于带的初拉力的作用，直轴不仅 传递转矩、而且承受一定的 扭矩。2.7.1输入轴的初步设计已知选用电机由此选用 Y1000L1-4 电动机，功率,kWN2 . 2传动比带的初拉力为 140.5N。小齿轮选用的是直齿轮，基min/1420rn 55. 3i准直径 72mm。（1）计算输入轴上的功率轴的 P，转速

47、n 和转矩泰山学院本科毕业设计-24- （公式十一）kWNP112. 296. 02 . 2带 min/40055. 3/1420/rinn轴 mNmNnNnPT35.2258096. 02 . 2955095509550带（2）作用在齿轮上的力圆周力 NdTFt7 .50079035.22522径向力 NFFtr6 .188220tan7 .5007tan（3）初步确定轴的最小直径泰山学院本科毕业设计-25-按公式计算，选取轴的材料为 45 调质处理。查表得的取值在 126103 之0A间，于是根据公式 mmnPAd94.21400112. 21263300min输出的最小直径很显然是直轴两

48、端的直径。由于键的存在，会对轴有一定的消弱作用，初定最小直径为 40mm。2.7.2输入轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案。由于直轴的作用，与机床运动的传递，初步确定轴的两端分别装有大带轮与小齿轮，内部轴颈上装有轴承。（2）初步选定滚动轴承由于轴承需要承受较大的径向力。所以选用单列圆锥滚子轴承，由于最小直径为 40mm，且带轮要有轴肩定位，直径为 46mm，所以轴颈的直径初定 50mm,查表初步选用 0 基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30210。其基本尺寸为。188050TDd（3）轴上零件的定位。大带轮、小齿轮的周向定位采用普通平键，大齿轮、小齿轮的轴向固定才有轴端挡圈以及

49、轴肩定位，滚动轴承的轴向定位依靠轴肩和端盖。泰山学院本科毕业设计-26-图 9 输入轴的结构2.7.3输入轴的强度校核根据轴的构设计画出轴的结构简图。在确定轴承的支点位置时，从手册中查取 a 的值，由手册查取 a=16mm。已知作用在小齿轮上的圆周力（2.6.2 中计算而得），径向力（2.6.2 中计算而得）NFt7 .5007mNFr6 .1882，齿轮分度圆直径为 90mm，作用在轴右端带轮上额定外力为 800N(2.1.2 中计算而得)。（1）求垂直面上的支撑力（下图 b） (公式十二)NNLLLFFrV4 .2558390)390140(6 .1882)(11 NNFFFVrV8 .6

50、75)4 .25586 .1882(12（2）求水平面的支撑反力（下图 c） NNLLLFFtH3 .6805390)390140(7 .5007)(11 NNFFFHaH6 .1797) 3 .68053 .5007(12（3）作用在带轮上的力产生的反力（下图 d） NNLLFFF64.22539011080021 NNFFFFF64.1025)64.225800(12小齿轮大带轮泰山学院本科毕业设计-27-作用在带轮上的力的方向与带传动的布置有关，在具体布置尚未确定前，可以按最不利的情况考虑。（4）绘制直面的弯矩图（下图 b） mNmNLFMraV859.274140. 06 .18821

51、（5）绘制水平面的弯矩图（下图 c） mNmNLFMtaH708.701140. 07 .50071（6）作用在带轮上的力产生的弯矩为（下图 d） mNmNFLMaF88110. 08002在 a-a 面上产生的弯矩为 0。（7）求合成弯矩图（下图 e）考虑到最不利的情况就是将带轮上的力在 a-a 面上产生的弯矩直接与直面弯矩和水平弯矩的合成弯矩相加。 mNMMMaHaVa6189.753708.701859.2742222（8）求轴传递的扭矩（下图 f） mNmNnNnPT35.2258096. 02 . 2955095509550带（9）求危险截面的当量弯矩（下图 g）从弯矩图中可以看出

52、a-a 截面最危险，其当量弯矩22)( TMMae如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数，带入上式得6 . 0泰山学院本科毕业设计-28- mNTMMae65.765)35.2256 . 0(6189.753)(2222（10）计算危险截面处轴的直径轴的材料选用的是 45 钢，调质处理，由表查的，强度极限，MPaB650查表得，则MPab651 034.49651 . 01065.765 1 . 03331 beMd因此处连接件事轴承，没有键槽的消弱，圆整，取 50mm。 F(方向未定)FtFrdL1LL2F1VF2VFtFrMaVMaHF1VF2VFF2FF1FMaF（a）（b）（c

53、）（d）Ma（e）（f）（g）泰山学院本科毕业设计-29-2.7.4输入轴的刚度校核已知轴的材料为 45 钢，调质处理，传递的转矩为，轴的许mNT35.225用切应力，输入轴的全长为 700mm，轴在全长上的扭角不得超过MPa401，钢的切变模量。进行校核。MPaG4108（1）按强度要求，应使 （公式十三）2 . 03dTWTT故轴的直径 mmmmTd43.30402 . 01035.225 2 . 0333（2）按扭转刚度要求，应使 324dGTl由设计要求知，在轴的全长上。故mml700rad1801 mmmmGTld76.321087001035.22532324434因选用最小直径为

54、 40mm，故满足强度和刚度的要求。2.7.5轴上轴承的选用由 2.6.4 和 2.6.5，参考轴承的系列，与初选轴承一致。选用 0 基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30210。其基本尺寸为。查188050TDd表得，。查得在使用场合为每天 8h 工kNCr2 .63kNCr0 .920323815作的机械中，轴承的预期寿命为 12 00020 000 h。齿轮作用在轴承的径向力在2.6.4 中已求得，轴的转速为 400 r/min。由于左边轴承比右边轴承承受的载荷大，依左端轴承进行校核。泰山学院本科毕业设计-30-（1）求比值 076.899401raraFFFF查表，选用径向动载

55、荷系数和轴向动载荷系数。1X0Y（2）初步计算当量动载荷，根据式 )(arpYFXFfP查表对中等冲击或中等惯性冲击的载荷系数1.8。取带入2 . 1pf6 . 1pf上式进行计算 ，NYFXFfParp14391)068.89941 (6 . 1)(（3）轴承应有的基本额定动载荷值 KNnLPCh6 .7810120004006014391106031066查得符合初选要求。 （4）验算轴承的使用寿命： ,.1200020204314391920004006010601031066hhPCnLh 所以，高于预期计算寿命。选用该轴承合适。2.7.6轴上连接件的选择1、带轮与输入轴之间的连接件(

56、1)键的选用根据轴的直径为 40mm，大带轮与轴的连接处选用键宽 b 键高 h 为 12 8，由2.3 知选用轴颈与设计轴颈相符，根据工作情况，选用单圆头平键，根据轮毂长度，参考键的长度系列，选用 L=63mm，即键 C12 63 GB/T 1096-2003(2)键的强度校核假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为 （公式十四） ppkldT3102 为传递的转矩，NmT 计算大带轮处的转矩泰山学院本科毕业设计-31- mmNnPT504244001096. 02 . 25 .95105 .9555齿带 为键与轮毂的接触高度，,此处 h 为键的高度，mm；khk5 . 0 为

57、键的工作长度，此处为 63-6=57mml 许用挤压应力。p带入数值计算得:大带轮处的键的核算PadklTp05.11574405042421023查表，对于轮毂材料是铸铁，承受冲击载荷的静连接，许用挤压应力为3045MPa。均符合要求。2、齿轮与输入轴之间的连接件（1）键的选用根据轴的直径为 40mm，查表得，齿轮与轴的连接处选用键宽 b 键高 h 为12 8，根据工作情况和设计要求，选用单圆头平键，根据轮毂长度，参考键的长度系列，选用 L=70mm，即键 C8 70 GB/T 1096-2003（2）键的强度校核假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为 ppkldT3102

58、 为传递的转矩，NmT 齿轮处的转矩与大带轮处的转矩相同。 mmNnPT504244001096. 02 . 25 .95105 .9555齿带 为键与轮毂的接触高度，,此处 h 为键的高度，mm；khk5 . 0 为键的工作长度，此处为 64mml 许用挤压应力。p带入数值计算得:泰山学院本科毕业设计-32-齿轮处的键的核算PadklTp84. 9644405042421023查表，对于轮毂材料是铸铁，承受冲击载荷的静连接，许用挤压应力为3045MPa。符合要求。泰山学院本科毕业设计-33-3 控制系统选择此次设计的锻压机需要实现离合器与制动器的联锁控制，以实现离合器与制动器动作的先后次序。

59、已知，在曲柄压力机中广泛采用气动控制，这是因为气动控制具有动作迅速、反应灵敏、维护简单、使用安全和易于集中和远距离控制等一系列优点。由于此次设计采用的是转键式离合器和带式制动器。此次设计采用电气控制，保证离合器分离时制动器开始制动，保证离合器结合时制动器分离。由于离合器采用的是双转键式离合器，此次设计中使锻压机具有单次行程和连续行程。查阅手册资料可以选用下图的电磁铁控制的操纵系统。这样既可以获得单次行程的动作，也可获得连续行程的动作。其基本原理如下：图 8 离合器工作原理（1）单次行程：预先用销子 13 将拉杆 7 与右边的打棒 3 连接起来，然后踩下踏板，使电磁铁 9 通电，衔铁 10 上吸

60、，拉杆 7 向下拉打棒 3，由于打棒的台阶面 4 压在齿条 6 上，齿条 6 也跟着向下移动。齿条 6 带动齿轮 8 和关闭器 5 转过一定角度，尾板与转键在拉簧的作用下转动，离合器结合，曲轴旋转，滑块向下泰山学院本科毕业设计-34-运动。在曲轴旋转一周之前，操作者即使没有松开操纵踏板，电磁铁仍然处于通电状态，但随着与曲轴一块选装的凸块 1 将会撞开打棒 3，齿条 6 与打棒 3 脱离，并在下端弹簧的作用下向上运动，经齿轮带动关闭器回到原来的位置，离合器脱开，曲轴停止转动，滑块完成单次行程。若要再次工作，必须先使电磁铁断电，让打棒 3 在弹簧的作用下复位，并重新压住齿条才能实现。因此，这是此次